Plazma Püskürtme Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde

6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey
Plazma Püskürtme Yöntemiyle AISI 304
Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Elde Edilen ZrO2 /
Al2O3- % 13TiO2 Kompozit Kaplamasının
Mikroyapı Özellikleri
Serkan Islak 1 ve Soner Buytoz 2
1
Kastamonu Üniversitesi, Cide Rıfat Ilgaz Meslek Yüksekokulu, 37100 Kastamonu, Türkiye,
sislak@kastamonu.edu.tr
2
Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Metal Eğitimi Bölümü, 23100 Elazığ, Türkiye,
sbuytoz@gmail.com
direnci ve korozyona karşı dayanıklılığından dolayı seramik
(özellikle oksit esaslı) esaslı tozlar, metalik tozlara nazaran
daha çok kullanılır [6]. Bu şekildeki oksit kaplamalarda
kaplama katının alt malzemeye bağlanması metalik olmayan
karakterdedir. Oksit kaplamaların iyonik bağ karakterli olması;
ara yüzeydeki uyumlu kafes düzlemlerinin oluşmasını
önlemektedir. Bunun sonucunda kaplamada gerilim
yoğunlaşması meydana gelir. Bu olumsuz etkiyi önlemek için
ince bir ara tabaka kullanılması yararlı olmaktadır. Ara
tabakalar kullanılarak elde edilen oksit esaslı kaplamalar ile alt
malzeme arasındaki ısıl genleşme katsayısı gradyentindeki
değişim en aza indirilir [1,7-9].
Korozif ve termal şartlara karşı yüksek dayanımlı, nispeten
düşük yoğunluklu ve yüksek sertliğe sahip seramik malzemeler
mevcut özelliklerinden dolayı polimerik ve metalik
malzemelere göre daha çok tercih edilirler. Alüminyum oksit,
zirkonyum oksit, titanyum oksit, krom oksit, silisyum oksit ve
yitrium oksit gibi seramik malzemeler, malzemelerin aşınma,
erozyon, kavitasyon ve korozyon dirençlerini geliştirmek için
yüzey kaplama malzemeleri olarak genişçe kullanılmaktadırlar.
Bu tip malzemelere özellikle aşınma ve korozyona karşı direnç
istenen uygulamalarda ihtiyaç duyulmaktadır [6, 10,11].
Plazma püskürtme sistemiyle ZrO2 ve Al2O3-TiO2
kaplamaları yaygın olarak üretilmektedir. Fervel ve arkadaşları
(1999) 25CD4 çeliği üzerine plazma püskürtme yöntemiyle
Al2O3/TiO2/Cu seramik-metal karışım tozları kaplamışlardır.
Karışımda titanyum oksit miktarındaki artış ile sertlikte düşüş
olmasına rağmen toklukta artış sağlanarak aşınma direncinde
iyileşme kaydedilmiştir. Bununla birlikte, Cu ilavesiyle yine
sertlikte düşüş ve gözeneklilikte de azalma olmuştur [12].
Paslanmaz çelik yüzeyinde üretilen Al2O3 ve ZrO2 oksitseramik kaplamaların elektriksel testleri sonucunda dielektrik
malzeme olarak kullanılabileceği sonucu rapor edilmiştir [13].
Dejang ve arkadaşları (2010) orta karbonlu çelik üzerinde
plazma püskürtme yöntemi ile Al2O3/xTiO2 (x=0, 3, 13 ve 20)
esaslı kaplamaların aşınma ve kırılma tokluğunu
araştırmışlardır. Artan TiO2 miktarı ile sertlik ve sürtünme
katsayısında düşüş olduğu ve kırılma tokluğunda ise artış
olduğunu tespit etmişler ve TiO2’in Al2O3 kaplamaların
mekanik ve tribolojik özellikleri açısından önemini
Microstructure properties of ZrO2 / Al2O3- %
13TiO2 composite coating produced with plasma
spray method on AISI 304 stainless steel
Abstract—In this study, ZrO2/Al2O3-13 % TiO2 composite
coatings that various proportions of Al2O3-13 wt. % TiO2 were
reinforced into ZrO2 matrix powder were formed on the AISI 304
stainless steel surface by plasma spray. Microstructure and phase
composition of coatings was determined by optical microscopy
(OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive
spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis.
Lamellae and porous microstructures were obtained in the
coatings. In addition, a small amount of unmelted particles,
partially melted and fully melted regions in microstructure of
coatings were observed. With the increasing addition of Al2O3TiO2, a decrease in the pores was observed. XRD analysis results
showed the formation of ZrO2, Al0.52Zr0.48O1.74, ZrTiO4,
Al0.18Zr0.82O1.91, Al2O3, Al2Zr3, Al3Ti and Ti2O3 phases in the
coating layer. In compare to the substrate, microhardness of
coating layer is 4-5 times more. Maximum hardness value of
coating layer was measured as the HV 1136.
Keywords—Plasma spray, ZrO2, Al2O3- 13 wt. %TiO2,
microstructure
I. GİRİŞ
Plazma püskürtme yöntemi; bir tungsten (katod (-)) ile bakır
nozul (anot (+)) arasında oluşan arktan geçen diatomik
gazların (argon-hidrojen karışımı) iyonize olup, 15.000 °C25.000 °C'ye kadar varabilen plazma sıcaklığında tozların
kaplanacak malzeme yüzeyine püskürtülmesi işlemidir [1-3].
Plazma püskürtme, yüzeydeki bozulmaları azaltmak için çeşitli
makine parçalarına etkin ve ekonomik olarak uygulanmaktadır
[4]. Bu yöntemde tozların tamamen ya da kısmen ergimesi
onların ısıl özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Sistemin
aşırı yüksek ısıtma ve soğutma oranlarında kontrol
edilebilirliği, bu yöntemle metalik, metalik olmayan ve
seramiklerin ve kombinasyonlarıyla yapılan kaplamaların
üretilmesine imkân tanır [5]. Plazma püskürtme yönteminde,
yüksek sıcaklıktaki kimyasal kararlılık, mükemmel aşınma
6
Plazma Püskürtme Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Elde Edilen ZrO2 / Al2O3- % 13TiO2 Kompozit …
vurgulamışlardır [14]. Seramik ve oksit esaslı kaplamaların
mekanik özellikleri, yapılacak ilave ergitme işlemi ile daha da
arttırılmaktadır. Iwaszko (2006) plazma püskürtme yöntemi ile
X5CrNi18–10 çeliği üzerinde alümina-titanyum oksit
kaplamalarını üretip TIG kaynağı ve CO2 lazer kaynağı ile
kaplamayı tekrar ergitmişlerdir. Plazma püskürtme ile elde
edilen kaplamaların sertliği 1400 HV0.5 iken; TIG ve lazer
kaynağı ile ergitme sonrası sertlik 1700-1900 HV0.5 değerine
yükselmiştir. Son ergitme işlemleri ile 4-6 katlık bir aşınma
direncinde artış gözlenmiştir [15]. Li ve arkadaşları (2010)
AZ91D magnezyum alaşımı üzerinde plazma püskürtme ile
Al2O3-13TiO2 seramik kaplamasını üretip; son işlem olarak
CO2 lazer yöntemi ile kaplama katını ergitmişlerdir. Yapılan
işlem sonrası seramik kaplamanın sertliğinde daha yüksek bir
artış gözlenmiştir. Plazma püskürtme ile oluşan γ-Al2O3 fazı,
lazerle ergitme işlemi sonrası daha kararlı olan α-Al2O3 fazına
dönüşmüştür [16].
Termal püskürtme teknolojisi, termal bariyer kaplamaları ve
aşınmaya dirençli kaplamalar olarak genişce kullanılmıştır.
Özellikle de zirconia (ZrO2) kaplamsı metalik yapıların
yüksek sıcaklıkta dayanabilirliği için termal bariyer
kaplamaları olarak üstün özelliklere sahiptir [17]. Otomotiv
endüstrisinde plazma esaslı seramik kaplamaları piston ve valf
gibi bileşenlerin termal koruması için başarılı bir şekilde
geliştirilmiştir. Bu kaplamalar abrazyonu, yüksek sıcaklıkta
aşınmayı ve sürtünmeyi azaltmayı sağlamak için kullanılırlar
[18]. Al2O3 seramik tozlarına yitria ile dengelenmiş ZrO2 tozu
karıştırılarak plazma püskürtme tekniği ile termal bariyer
kaplamaları (TBC) üretilmektedir. TBC kaplamaları, alt
malzeme üzerine bağlayıcı tabaka, onun üzerine α-Al2O3
kaplaması ve nihai son kat olarak da yitria ile dengelenmiş
zirkonya (YSZ) şeklinde elde edilmektedir [19].
Shanmugavelayutham ve arkadaşları (2006), ZrO2/Al2O3
termal bariyer kaplamalarını plazma püskürtme yöntemini
kullanarak paslanmaz çelik alt malzemeler üzerinde
üretmişlerdir. Al2O3 oranı % 0-100 arasında değiştirilmiştir.
Al2O3 miktarı arttıkça sertlik 1083-1371 HV arasında
değişmiştir. Adhesiv dayanım Al2O3 artışı ile azalmış, aşınma
direnci ise artmış ve kaplamadaki gözenek oranı ise azalmıştır
[20].
Plazma püskürtme yöntemi ile üretilen α-Al2O3 kaplamaları
biyomedikal amaçlı da kullanılmaktadır. Biyomalzemenin
işlev gördüğü yer ile uyum içinde olması gerekir. Bu yüzden
biyomalzemenin yüzeyinin modifikasyonu son derece
önemlidir. Örneğin östenitik paslanmaz çelik, kobalt-krom
alaşımları ve titanyum alaşımları gibi metalik malzemeler
cerrahi
implant
malzemesi
olarak
yaygın olarak
kullanılmaktadır. Bunlar içerisinden özellikle AISI 316
paslanmaz çeliği ucuz, kolay üretilebilir ve mükemmel
korozyon direnci gibi özelliklere sahiptir. Fakat bu östenitik
paslanmaz çelikler uzun süreli uygulamalarda agresif biyolojik
etkilere maruz kalarak bozulurlar. Plazma püskürtme ile oksit
kaplamalar yapılarak bu malzemelerin yüzey özellikleri
geliştirilmektedir [8, 21-22].
Bu çalışmada AISI 304 paslanmaz çelik yüzeyine plazma
püskürtme yöntemi kullanılarak ZrO2 / Al2O3-TiO2 oksit
kaplamaları üretildi. ZrO2 matrisine değişik yüzde ağırlık
oranlarında Al2O3-TiO2 ilave edildi. İlave miktarına bağlı
olarak mikroyapı ve mikrosertlik değişimleri deneysel olarak
araştırıldı. Mikroyapı ve faz özellikleri optik mikroskop (OM),
taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım
spektrometresi (EDS) ve X-ışın difraktogramı (XRD)
analizleri ile belirlendi. Mikrosertlik değişimi kaplama
bölgesinden alt malzemeye doğru bir hat boyunca ölçüldü.
II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Alt malzeme olarak 20 mm çapında 100 mm boyunda, 0.035
C, 0.40 Si, 18.57 Cr, 8.73 Ni, 1.24 Mn ve geri kalan Fe
kimyasal bileşimine sahip AISI 304 paslanmaz çelik kullanıldı.
Plazma püskürtme yöntemi kullanılarak sırasıyla -90+30 µm
ve -53+15 µm tane boyutlarına sahip ZrO2 ve Al2O3-13
wt%TiO2 oksit tozları alt malzeme üzerine kaplanmıştır.
Bağlayıcı tabaka tozu olarak -53+11 µm tane boyutlu Ni-20Cr
(suda atomize edilmiş) metalik alaşım tozu kullanıldı.
Kaplama işleminde kullanılan tozların karışım oranları Tablo
1’de verilmiştir. Kaplamada kullanılan oksit tozların SEM
fotoğrafları Şekil 1’de, XRD analizleri ise Şekil 2’de
görülmektedir. Şekil 1’ de de görüleceği gibi seramik ve oksit
tozları düzensiz keskin köşeli olmakla birlikte, tane
boyutlarında ise farklılıklar vardır. Metalik alt malzeme ile
oksit kaplama arasında daha iyi bir bağlanma oluşturmak için
alt malzeme 24-35 mesh arasındaki tane boyutuna sahip Al2O3
kumu ile kumlama işlemine tabi tutuldu. Oksit kaplama katı ile
alt malzeme arasında yaklaşık 20 µm kalınlığında Ni-20Cr
bağlayıcı tabakası oluşturuldu. Son olarak 100 µm kalınlığında
ZrO2 ve Al2O3-13 wt% TiO2 toz karışımından oluşan oksit
kaplaması bağlayıcı tabaka üzerinde üretildi.
Tablo 1: Kaplama tozlarının karışım oranları
Numune
7
Karışım oranları
ZrO2 (%)
Al2O3 – 13 TiO2 (%)
S1
100
0
S2
60
40
S3
40
60
S. Islak, S. Buytoz
atmosferik plazma püskürtme kaplama sistemi kullanıldı.
Plazma püskürtme kaplama işleminin prensip şeması Şekil
3’de görülmektedir. Oksit kaplamaların üretim parametreleri
Tablo 2’de özetlenmiştir.
Tüm kaplamalarda plazma huzmesinin üretilmesinde
kullanılan argon gazının akış oranı 35 l/dak. olarak
ayarlanmıştır. Plazma püskürtme tabancası, püskürtme
mesafesi 75 mm olacak şekilde sabitlenmiştir. Kaplama tozları
tabancaya dıştan enjekte edilmiştir. Enjekte edilen tozlar
plazma akışına paralel olacak şekilde yönlendirilmiştir.
Kaplama tozu besleme oranı 45 gr/dak, H2 gazı akış oranı 9-11
l/dak ve taşıyıcı gaz oranı 3 l/dak olarak ayarlanmıştır.
Metalografi incelemeleri için, numuneler kaplama yönüne
dik bir şekildeki kesit bölgeden alınmıştır. Elde edilen
metalografi numuneleri 80-1200 mesh’lik zımpara kâğıdına
tutularak yüzeyleri temizlenmiştir. Daha sonra 1 ve 6 m’lik
elmas pasta ve inceltici yardımıyla yan kesit yüzeyleri
parlatılmıştır. Mikroyapısal incelemeler için numuneler HNO3
ve alkol karışımlı çözeltide elektrolitik olarak dağlanmıştır.
Her bir kaplamada, mikroyapı ve faz analizi için optik
mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Xışını difraksiyonu (XRD) analizlerden faydalanılmıştır. Sertlik
ölçümü kaplamanın üst yüzeyinden alt malzemeye doğru bir
hat boyunca 10 sn bekleme süresinde ve 200 gr yük ile FutureTech FM 700 marka mikrosertlik cihazıyla yapılmıştır.
Şekil 1: Kaplamada kullanılan tozların SEM fotoğrafları (a)
ZrO2 tozu, (b) Al2O3–13 TiO2 tozu.

ZrO2
1000

Lin (Counts)
800

600


400

200




0
10
30
50
70
90
2 Theta Scale
(a)





Al2O3
1000
TiO2


Lin (Counts)
800
Şekil 3: Plazma püskürtme kaplama işleminin prensip şeması


600
Tablo 2: Üretim parametreleri

400


200
 

 

Parametreler






Plazma püskürtme tabancası

Akım (A)
Sulzer-Metco F4
580
0
10
30
50
70
90
Gerilim (V)
110
2 Theta Scale
(b)
Şekil 2: Kaplama tozlarının XRD grafikleri; (a) ZrO2 ve (b)
Al2O3–13 TiO2 tozu
Hem bağlayıcı hem de oksit kaplama tabakasının
üretilmesinde 55 kW gücüne sahip Sulzer Metco F4-MB
8
60-65
Ar gazı akışı (l/dak.)
35
H2 gazı akışı (l/dak.)
9-11
Püskürtme mesafesi (mm)
75
Toz besleme miktarı (gr/dak.)
45
Taşıyıcı gaz (Ar) akışı (l/dak.)
3.0
Plazma Püskürtme Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Elde Edilen ZrO2 / Al2O3- % 13TiO2 Kompozit …
III. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Plazma püskürtme yöntemi ile üretilen ZrO2, ZrO2–
40(Al2O3–13 wt.% TiO2) ve ZrO2–60(Al2O3–13 wt.% TiO2)
kaplamalarının SEM fotoğrafları Şekil 4’de verilmiştir.
Kaplamalar genel olarak, oksit kaplama tabakası, ara tabaka ve
alt malzeme olarak üç bölgeden oluşmuştur. Her üç seramik
kaplamasında da, ısıl püskürtme kaplamalarında çok iyi bilinen
ve ergiyik haldeki metal damlacıkların alt malzemeye çarpıp,
sürekli bir şekilde ıslatmasıyla oluşan lamelli mikroyapı
görülmektedir [23, 24]. Lamelli yapı, ergiyik haldeki
partiküllerin alt malzemeye çarpması, deformasyona uğraması
ve katılaşması şeklinde meydana gelir. [1, 2]. Kuroda ve
Kobayashi’ye göre [18] lameller alt malzemeye paralel olarak
oluşur ve lamellerin orta kısmı kalın, uç kısımlara doğru ise
kalınlık azalmaktadır. Al2O3-13TiO2’ün artmasıyla lamalli
yapıda daha iyi bir homojenlik SEM fotoğraflarından
görülmektedir. Bolelli ve arkadaşları (2006) plazma püskürtme
ile ürettikleri Al2O3–13%TiO2 kaplamasında TiO2’in ergiyerek
kısmen Al2O3 ile karışıp, farklı TiO2 miktarına sahip lamelli
yapının oluştuğunu rapor etmişlerdir. Ayrıca TiO2’in sıçrayan
partiküller arasında iyi bir yapışma sağladığını açıklamışlardır
[25]. Kaplamaların tümünde gözenek oluşumu gözlenmiştir
(Şekil 4). Bu gözenek oluşumu genel olarak tüm ısıl püskürtme
kaplamalarında meydana gelmektedir [26-28]. Gözeneklilik,
yetersiz dolgu ve pürüzlü kaplama yüzeyine çarpan ergiyik
partiküllerin ıslatma kabiliyetinin yetersiz olmasından
kaynaklanmaktadır [29]. Gözenek miktarı, alt malzemenin
yüzey pürüzlülüğü, püskürtme mesafesi, alt malzeme sıcaklığı
ve kaplama kalınlığına bağlı olarak değişmektedir [30]. Bu
çalışmada püskürtme parametreleri sabit seçildiği için
gözeneklerdeki değişim Al2O3-13TiO2 miktarına bağlı olarak
değişmiştir. Artan Al2O3-13TiO2 miktarı ile gözenek
miktarının azaldığı Şekil 4’deki SEM fotoğraflarından
görülmektedir. Zhang ve Kobayashi (2009) plazma püskürtme
Al2O3+ZrO2 kaplamalarını üretmişler ve artan Al2O3 miktarı ile
gözenekliliğin azaldığını tespit etmişlerdir. Bu durum, Al2O3’
in ısıl iletkenliğinin ZrO2’ den fazla olmasıyla açıklanmıştır
[31].
Kaplamalarda ergimemiş, kısmı ve tamamen ergimiş
bölgeler SEM fotoğrafından görülmektedir. Bağlama
tabakasından kaplamanın üst kısmına doğru gözeneklilik
azalmıştır. Bu durum tüm kaplamalarda meydana gelmiştir.
Shanmugavelayutham ve Kobayashi (2007) SUS304 çeliği
üzerinde ürettikleri zirkonya-alümina esaslı termal bariyer
kaplamalarında bağlama tabakasından kaplamanın üst kısmına
doğru gözenekliliğin azaldığını tespit etmişlerdir [32].
Şekil 4: ZrO2/Al2O3 kaplamalarının SEM fotoğrafı
Şekil 5’de ZrO2/Al2O3 esaslı kaplamaların EDS analiz
grafikleri verilmiştir. ZrO2 kaplamasında 1 noktasının EDS
analizi % 55.12 Zr ve % 44.88 O şeklindedir. ZrO2-40(Al2O313TiO2) kaplamasında 2 noktasının EDS analizi % 34.96 Al,
% 4.56 Ti, % 1.77 Zr ve % 58.70 O; 3 noktasının ise % 2.95
Al, % 0.48 Ti, % 52.26 Zr ve % 44.31 O olarak tespit
9
S. Islak, S. Buytoz
edilmiştir. ZrO2-60(Al2O3-13TiO2) esaslı kompozit kaplamada
4 noktasının EDS analizi % 35.68 Al, % 8.68 Ti, % 0.80 Zr ve
% 54.85 O; 5 noktasının EDS analizi ise % 1.96 Al, % 0.32
Ti, % 57.39 Zr ve % 40.33 O olarak belirlenmiştir. Bu
kaplamaların (1 nolu kaplama hariç) mikroyapısındaki koyu
bölgeler Al2O3/TiO2 bakımından, açık renkli bölgeler ise ZrO2
bakımından zengindir. Bu durumu EDS analizleri de
desteklemektedir. Al2O3-13TiO2 tozunun artan ilavesinde
mikroyapıda Al ve Ti miktarı artmıştır.
(c)
(a)
(d)
(b)
(e)
Şekil 5: ZrO2/Al2O3 kaplamalarının EDS analizi
Plazma püskürtme ile üretilen ZrO2/Al2O3 esaslı kompozit
kaplamaların XRD grafiği Şekil 6’da verilmiştir.
Kaplamalarda ZrO2, Al0.52Zr0.48O1.74, ZrTiO4, Al0.18Zr0.82O1.91,
Al2O3, Al2Zr3, Al3Ti ve Ti2O3 fazları oluşmuştur. ZrO2 ve
10
Plazma Püskürtme Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Elde Edilen ZrO2 / Al2O3- % 13TiO2 Kompozit …
Al2O3 haricinde oluşan ikili ve üçlü fazlar kaplama işlemi
öncesi tozların bir araya yığılmalarını önlemek için homojen
olarak karıştırıldığını göstermektedir. Bu şekilde tozların
birbiriyle temas alanı arttırılmış ve böylece reaksiyona
girmeleri sağlanmıştır.
1
1250
1
1
Lin (Counts)
1
3
4
1
2
3
1
1
2
4
7
1
4
5
6
8
5
56
7
1
2
4
5 7
6
1
5
6
1
1
11
1
IV. GENEL SONUÇLAR
ZrO2 / Al2O3-13 wt% TiO2 oksit esaslı kaplamalar, AISI 304
paslanmaz çeliği üzerinde plazma püskürtme sistemi
kullanılarak üretildi. Kaplama kalınlığı oksit kaplama tabakası
ve bağlayıcı tabaka (Ni-20Cr) olarak sırasıyla 100 µm ve 20
µm olarak ölçüldü. Lamelli ve tabakalı bir mikroyapı elde
edilmiştir. Mikroyapıda az miktarda ergimemiş partiküller,
kısmi ergimiş, tamamen ergimiş bölgeler ve gözenek
gözlenmiştir.
Artan Al2O3-TiO2
ilavesi ile SEM
fotoğraflarından gözeneklerin azaldığı tespit edilmiştir. Plazma
püskürtme ile üretilen kaplamalarda ZrO2, Al0.52Zr0.48O1.74,
ZrTiO4, Al0.18Zr0.82O1.91, Al2O3, Al2Zr3, Al3Ti ve Ti2O3 fazları
oluşmuştur. Kaplamaların sertlik değerlerinde alt malzemeye
nazaran 4-5 katlık bir artış belirlenmiştir. Al2O3-TiO2’ün
karışım oranı arttığında buna paralel olarak mikro sertlikte de
artış olmuştur. % 60 Al2O3-TiO2 karışım oranlı kaplamalarda
maksimum sertlik olarak 1136 HV değeri ölçülmüştür.
Kaplama 1
Kaplama 2
Kaplama 3
1
1: ZrO2
2: Al0.52Zr0.48O1.74
1
2
41
62 5
5 6 6
6 8
3: ZrTiO4
1
2 1
4 2
5
6 6
8 6
1
8
11
22
77
1
8
1
1
2
2
7
7
1
2
5
8
4:Al0.18Zr0.82O1.91
1
2
5
8
1
2
5
8
5: Al2O3
6: Al2Zr3
7: Al3Ti
8: Ti2O3
1
2
5
8
TEŞEKKÜR
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Plazma püskürtme numunelerinin elde edilmesinde yardımcı
olan SENKRON Metal & Seramik Kaplama San. Tic. Ltd.
Şti.’ye teşekkür ederiz.
120
2 Theta Scale
Şekil 6: Plazma püskürtme kaplamalarının XRD grafiği
KAYNAKLAR
Şekil 7’de plazma püskürtme kaplamalarının mesafeye bağlı
olarak mikrosertlik değişim grafiği verilmiştir. Al2O3-13TiO2
tozunun ilavesinin artışına bağlı olarak sertlikte artış
gözlenmiştir. Kaplama 1, 2 ve 3 nolu kaplamaların ölçülen
maksimum mikrosertlikleri sırasıyla 842 HV, 988 HV ve 1136
HV şeklindedir. Alt malzemeye göre 4-5 katlık bir artış
ölçülmüştür. Bu durum Al2O3’ün artışı ile tamamen ergimiş
bölgelerde Al2O3’in varlığının artması ve gözenekliliğin
azalması ile açıklanabilir. Çünkü alüminyum oksit partikülleri
zirkonyum oksit partiküllerinden daha serttir [31-32].
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
Şekil 7: Seramik esaslı kaplamaların mikrosertlik profili
11
Heimann, R.B., Plasma-spray coating, VCH, New York, 1996.
Pawlowski, L., The science and engineering of thermal spray coatings,
2008, John Wiley & Sons, Ltd., England.
Pantelis, D.I., Psyllaki, P., Alexopoulos, N., Tribological behaviour of
plasma-sprayed Al2O3 coatings under severe wear conditions, Wear 237,
2000, 197-204.
Song, E.P., Ahn, J., Lee, S., Kim, N.J., Effects of critical plasma spray
parameter and spray distance on wear resistance of Al2O3-8 wt.%TiO2
coatings plasma-sprayed with nanopowders, Surface and Coatings
Technology 202, 2008, 3625-3632.
Datye, A., Koneti, S., Gomes, G., Wu, K.H., Lin, H.T., Synthesis and
characterization of aluminum oxide-boron carbide coatings by air
plasma spraying, Ceramics International 36, 2010, 1517-1522.
Wang, Y., Jiang, S., Wang, M., Wang, S., Xiao, T.D., Strutt, P.R.,
Abrasive wear characteristic of plasma sprayed nanostructured
alumina/titania coatings, Wear 237, 2000, 176–185.
Goller, G., The effect of bond coat on mechanical properties of plasma
sprayed bioglass-titanium coatings, Ceramics International 30, 2004,
351-355.
Yilmaz, Ş., Ipek, M., Celebi, G.F., Bindal, C., The effect of bond coat
on mechanical properties of plasma-sprayed Al2O3 and Al2O3-13 wt%
TiO2 coatings on AISI 316L stainless steel, Vacuum, Volume 77, 2005,
315-321.
Rico, A., Rodriguez, J., Otero, E., Zeng, P., Rainforth, W.M., Wear
behaviour of nanostructured alumina-titania coatings deposited by
atmospheric plasma spray, Wear 267, 17 th International Conference on
Wear of Materials, 2009, 1191-1197.
Sun, Y., Li, B., Yang, D., Wang, T., Sasaki, Y., Ishii, K., Unlubricated
friction and wear behaviour of zirconia ceramics, Wear 215, 1998, 232236
Cadenas, M., Vijande, R., Montes, H.J., Sierra, J.M., Wear behaviour of
laser cladded and plasma sprayed WC–Co coatings, Wear 212, 1997,
244-253
Fervel, V., Normand, B., Coddet, C., Tribological behavior of plasma
sprayed Al2O3-based cermet coatings, Wear 230, 1999, 70-77.
Ctibor, P., Sedlacek, J., Neufuss, K., Influence of chemical composition
on dielectric properties of Al2O3 and ZrO2 plasma deposits, Ceramics
International 29, 2003, 527-532.
Dejang, N., Watcharapasorn, A., Wirojupatump, S., Niranatlumpong,
P., Jiansirisomboon, S., Fabrication and properties of plasma-sprayed
S. Islak, S. Buytoz
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
Al2O3/TiO2 composite coatings: A role of nano-sized TiO2 addition,
Surface and Coatings Technology 204, 2010, 1651-1657.
Iwaszko, J., Surface remelting treatment of plasma-sprayed Al2O3 + 13
wt.% TiO2 coatings, Surface and Coatings Technology 201, 2006, 34433451.
Li, C., Wang, Y., Wang, S., Guo, L., Laser surface remelting of plasmasprayed nanostructured Al2O3-13 wt%TiO2 coatings on magnesium
alloy, Journal of Alloys and Compounds 503, 2010, 127-132.
Ahn, H., Kim, J.Y., Lim, S.S., Tribological behaviour of plasma-sprayed
zirconia coatings, Wear 203-204, 11th International Conference on Wear
of Materials, 1997, 77-87
Kuroda, T., Kobayashi, A., Adhesion characteristics of zirconia-alumina
composite coatings by gas tunnel type plasma spraying, Vacuum73,
2004, 635-641
Limarga, A.M., Widjaja, S., Yip, T.H., Mechanical properties and
oxidation resistance of plasma-sprayed multilayered Al2O3/ZrO2 thermal
barrier coatings, Surface and Coatings Technology 197, 2005, 93-102.
Shanmugavelayutham, G., Yano, S., Kobayashi, A., Microstructural
characterization and properties of ZrO2/Al2O3 thermal barrier coatings
by gas tunnel-type plasma spraying, Vacuum 80, 2006, 1336-1340.
Fathi, M.H., Salehi, M., Saatchi, A., Mortazavi, V., Moosavi, S.B., In
vitro corrosion behavior of bioceramic, metallic, and bioceramicmetallic coated stainless steel dental implants, Dental Materials 19,
2003, 188-198.
Gurappa, I., Development of appropriate thickness ceramic coatings on
316 L stainless steel for biomedical applications, Surface and Coatings
Technology 161, 2002, 70-78.
Li, C.J., Yang, G.J., Ohmori, A., Relationship between particle erosion
and lamellar microstructure for plasma-sprayed alumina coatings, Wear
260, 2006, 1166-1172.
Lee, C.H., Kim, H.K., Choi, H.S., Ahn, H.S., Phase transformation and
bond coat oxidation behavior of plasma-sprayed zirconia thermal barrier
coating, Surface and Coatings Technology 124, 2000, 1-12
Bolelli, G., Cannillo, V., Lusvarghi, L., Manfredini, T., Wear behaviour
of thermally sprayed ceramic oxide coatings, Wear 261, 2006, 12981315
Yin Z., Tao, S., Zhoua, X., Ding, C., Particle in-flight behavior and its
influence on the microstructure and mechanical properties of plasma
sprayed Al2O3 coatings, Journal of the European Ceramic Society 28,
2008, 1143-1148.
Lin, X., Zeng, Y., Lee, W.S., Ding, C., Characterization of alumina–3
wt.% titania coating prepared by plasma spraying of nanostructured
powders, Journal of the European Ceramic Society 24, 2004, 627–634.
Song, E.P., Ahn, J., Lee, S., Kim, N.J., Effects of critical plasma spray
parameter and spray distance on wear resistance of Al2O3-8 wt.% TiO2
coatings plasma-sprayed with nanopowders, Surface and Coating
Technology 202, 2008, 3625–3632.
Li, C.J., Wang, W.Z., Quantitative characterization of lamellar
microstructure of plasma-sprayed ceramic coatings through
visualization of void distribution, Materials Science and Engineering A
386, 2004, 10-19
Choi H.M., Kang B.S., Choi W.K., Choi D.G., Effect of the thickness of
plasma-sprayed coating on bond strength and thermal fatigue
characteristics, Journal of Materials Science 33, 1998, 5895-5899.
Zhang, J., Kobayashi, A., Corrosion resistance of the Al2O3+ZrO2
thermal barrier coatings on stainless steel substrates, Vacuum 83, 2008,
92-97.
Shanmugavelayutham, G., Kobayashi, A., Mechanical properties and
oxidation behaviour of plasma sprayed functionally graded zirconiaalumina thermal barrier coatings, Materials Chemistry and Physics 103,
2007, 283-289.
12